В настоящее время в современных системах связи, таких как LTE, Wi-Fi, WiMAX, широкое распространение получили OFDM сигналы. OFDM сигналы имеют как достоинства (высокая помехоустойчивость), так и недостатки (относительно широкая занимаемая полоса частот, высокое значение пик-фактора, низкая спектральная эффективность и т.д.) Для преодоления указанных недостатков в сетях пятого поколения 5G предлагается использовать неортогональные сигналы. Особенностью данных сигналов является уход от требования ортогонального размещения поднесущих частот, возможность применения сглаженных огибающих увеличенной длительности (по сравнению с системами на основе технологии OFDM).

За счёт уменьшения занимаемой полосы частот появляется возможность расположения дополнительных поднесущих, что позволит увеличить скорость передачи информации до 2 раз без существенного проигрыша по помехоустойчивости.

Научная и практическая значимость

Результат работы позволит создать модем на основе неортогональных многочастотных сигналов.

Краткое описание результатов

При выполнении работы были достигнуты следующие результаты:

Предложена методика синтеза формы огибающей многочастотного сигнала при наличии ограничений на скорость спада уровня внеполосных излучений, пик-фактор колебания, помехоустойчивость приёма.
Предложена методика численного решения оптимизационной задачи синтеза формы огибающей многочастотного сигнала.
Показано увеличение скорости передачи до 2 раз по сравнению с сигналами OFDM за счёт увеличения количества поднесущих частот в фиксированной полосе частот.
Выполнено имитационное моделирование и подтверждено увеличено спектральной эффективности при переходе к неортогональным сигналам.

Трудоустройство и партнеры

Партнеры и организации, заинтересованные в результатах работы

ООО «Специальный технологический центр»

Дополнительная информация

Важнейшие публикации группы

Makarov, S.B., Liu, M., Ovsyannikova, A.S., Zavjalov, S.V., Lavrenyuk, I., Xue, W., Xu, Y. A reduction of peak-to-average power ratio based faster-than-nyquist quadrature signals for satellite communication (2021) Symmetry, 13 (2), art. № 346, pp. 1-19. DOI: 10.3390/sym13020346
Lopatin, M.A., Fyodorov, S.A., Zavjalov, S.V., Ge, D. Object Classification Based on Channel State Information Using Machine Learning (2021) Springer Proceedings in Physics, 255, pp. 367-374. DOI: 10.1007/978-3-030-58868-7_42
Ekaterina, M., Sergey, Z., Kudryashova, T., Wei, X. Simulation of a Half-Duplex Protocol in a Meteor Radio Communication System to Estimate Message Delivery Time (2021) Springer Proceedings in Physics, 255, pp. 605-614. DOI: 10.1007/978-3-030-58868-7_66
Aliev, I.R., Pavlov, V.A., Zavjalov, S.V., Sadovaya, Y. Application of a Convolutional Neural Network for Detection of Ignition Sources and Smoke (2021) Springer Proceedings in Physics, 255, pp. 421-427. DOI: 10.1007/978-3-030-58868-7_47
Y. Sadovaya and S. V. Zavjalov, "Dedicated Short-Range Communications: Performance Evaluation Over mmWave and Potential Adjustments," in IEEE Communications Letters, vol. 24, no. 12, pp. 2733-2736, Dec. 2020, doi: 10.1109/LCOMM.2020.3016634.
E. N. Smirnova, S. B. Makarov, S. V. Zavjalov and B. Polozhintsev, "Influence of the Amplitude Limitation of Signals with the sin(x)/x Envelope on the Spectral and Energy Characteristics," 2020 IEEE International Conference on Electrical Engineering and Photonics (EExPolytech), St. Petersburg, Russia, 2020, pp. 164-167, doi: 10.1109/EExPolytech50912.2020.9243855.
I. Tropkina, S. V. Zavjalov, H. Boxiong and D. Ge, "An Improved Algorithm of Packet Acquisition for UWB Wireless Sensor Network," 2020 IEEE International Conference on Electrical Engineering and Photonics (EExPolytech), St. Petersburg, Russia, 2020, pp. 168-171, doi: 10.1109/EExPolytech50912.2020.9243959.
I. I. Lavrenyuk, A. S. Ovsyannikova, S. V. Zavjalov, S. V. Volvenko and W. Xue, "Analysis of Joint Application of Optimal FTN Signal and 5G Error-Correction Code Schemes," 2020 IEEE International Conference on Electrical Engineering and Photonics (EExPolytech), St. Petersburg, Russia, 2020, pp. 123-126, doi: 10.1109/EExPolytech50912.2020.9243980.
Zhila, A.V., Ovsyannikova, A.S., Zavjalov, S.V. Estimation of the possibility of papr reduction for optimal signals (2020) Lecture Notes in Computer Science (including subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence and Lecture Notes in Bioinformatics), 12525 LNCS, pp. 402-414. DOI: 10.1007/978-3-030-65726-0_36
Ovsyannikova, A.S., Zavjalov, S.V., Makarov, S.B., Lavrenyuk, I.I., Wei, X. Sensitivity of energy spectrum shape and ber to variation of parameters used in constraint on correlation coefficient during ftn pulse optimization (2020) Lecture Notes in Computer Science (including subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence and Lecture Notes in Bioinformatics), 12525 LNCS, pp. 440-448. DOI: 10.1007/978-3-030-65726-0_40
Makarov, S.B., Ishkaev, I.R., Lavrenyuk, I.I., Ovsyannikova, A.S., Zavjalov, S.V. Noncoherent detection of optimal FTN signals with differential encoding (2020) Lecture Notes in Computer Science (including subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence and Lecture Notes in Bioinformatics), 12526 LNCS, pp. 162-173. DOI: 10.1007/978-3-030-65729-1_15
Nguyen, D.C., Zavjalov, S.V., Ovsyannikova, A.S., Volvenko, S.V., Smirnova, E., Nguyen, C.M. On application of hard-clipping and soft-clipping for SEFDM signal with optimal envelope (2020) Lecture Notes in Computer Science (including subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence and Lecture Notes in Bioinformatics), 12526 LNCS, pp. 174-184. DOI: 10.1007/978-3-030-65729-1_16
S. B. Makarov et al., "Optimizing the Shape of Faster-Than-Nyquist (FTN) Signals With the Constraint on Energy Concentration in the Occupied Frequency Bandwidth," in IEEE Access, vol. 8, pp. 130082-130093, 2020, doi: 10.1109/ACCESS.2020.3009213.
A. S. Ovsyannikova, S. V. Zavjalov and S. V. Volvenko, "On the Joint Use of Turbo codes and Optimal Signals with Increased Symbol Rate," 2018 10th International Congress on Ultra Modern Telecommunications and Control Systems and Workshops (ICUMT), Moscow, Russia, 2018, pp. 1-4. doi: 10.1109/ICUMT.2018.8631243
I. R. Ishkaev, A. A. Belov and S. V. Zavjalov, "Influence of Guard Intervals Length on Detection of Long Pulse Signals," 2018 IEEE International Conference on Electrical Engineering and Photonics (EExPolytech), St. Petersburg, 2018, pp. 93-97. doi: 10.1109/EExPolytech.2018.8564380
M. A. Zanina, A. A. Belov and S. V. Volvenko, "Estimation of Accuracy of Algorithm for Measuring Radiofrequency Pulse Parameters," 2018 IEEE International Conference on Electrical Engineering and Photonics (EExPolytech), St. Petersburg, 2018, pp. 98-102. doi: 10.1109/EExPolytech.2018.8564382
I. R. Ishkaev, A. E. Shevelev, A. S. Ovsyannikova, S. V. Zavjalov, S. V. Volvenko and S. B. Makarov, "Possibility of Peak-to-Avegare Power Ratio Reduction by Application of Optimal Signal for Transmitter Based on SDR HackRF One," 2018 IEEE International Conference on Electrical Engineering and Photonics (EExPolytech), St. Petersburg, 2018, pp. 141-145. doi: 10.1109/EExPolytech.2018.8564411
Bakir N., Pavlov V., Zavjalov S., Volvenko S., Gumenyuk A., Rethmeier M. Novel metrology to determine the critical strain conditions required for solidification cracking during laser welding of thin sheets // Journal of Physics: Conference Series. ‒ 2018. ‒ T. 1109. ‒ pp. 1-9.
M. A. Zanina, V. A. Pavlov, S. V. Zavjalov and S. V. Volvenko, "TLD Object Tracking Algorithm Improved with Particle Filter," 2018 41st International Conference on Telecommunications and Signal Processing (TSP), Athens, 2018, pp. 1-4. doi: 10.1109/TSP.2018.8441515
V. A. Pavlov, S. V. Zavjalov, S. V. Volvenko and M. A. Zanina, "Modification of Tracking Algorithm Struck by the Application of the Scale Estimation Method," 2018 41st International Conference on Telecommunications and Signal Processing (TSP), Athens, 2018, pp. 1-5. doi: 10.1109/TSP.2018.8441458
S. B. Makarov, A. S. Ovsyannikova, I. I. Lavrenyuk, S. V. Zavjalov and S. V. Volvenko, "Distributions of probability of power values for random sequences of optimal FTN signals," 2018 International Symposium on Consumer Technologies (ISCT), St. Petersburg, 2018, pp. 57-59. doi: 10.1109/ISCE.2018.8408919
Zavjalov, S.V., Ovsyannikova, A.S., Volvenko, S.V. On the Necessary Accuracy of Representation of Optimal Signals (2018) Lecture Notes in Computer Science (including subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence and Lecture Notes in Bioinformatics), 11118 LNCS, pp. 153-161. doi: 10.1007/978-3-030-01168-0_14
Makarov, S.B., Ovsyannikova, A.S., Zavjalov, S.V., Volvenko, S.V., Zhang, L. Influence of Amplitude Limitation for Random Sequence of Single-Frequency Optimal FTN Signals on the Occupied Frequency Bandwidth and BER Performance
(2018) Lecture Notes in Computer Science (including subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence and Lecture Notes in Bioinformatics), 11118 LNCS, pp. 181-190. doi: 10.1007/978-3-030-01168-0_17
Zavjalov, S.V., Ovsyannikova, A.S., Lavrenyuk, I.I., Volvenko, S.V., Makarov, S.B. Application of Optimal Finite-Length Signals for Overcoming “Nyquist Limit” (2018) Lecture Notes in Computer Science (including subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence and Lecture Notes in Bioinformatics), 11118 LNCS, pp. 172-180. doi: 10.1007/978-3-030-01168-0_16
A. S. Ovsyannikova, S. V. Zavjalov and S. V. Volvenko, "On the joint use of nonlinear amplifier and optimal signals with increased duration," 2017 9th International Congress on Ultra Modern Telecommunications and Control Systems and Workshops (ICUMT), Munich, 2017, pp. 205-208. doi: 10.1109/ICUMT.2017.8255115
S. V. Volvenko, D. Ge, S. V. Zavjalov, A. S. Gruzdev, A. V. Rashich and E. L. Svechnikov, "Experimental wireless ultra wideband sensor network for data collection," 2017 Progress In Electromagnetics Research Symposium - Spring (PIERS), St. Petersburg, 2017, pp. 965-970. doi: 10.1109/PIERS.2017.8261883
Ovsyannikova, A.S., Zavjalov, S.V., Makarov, S.B., Volvenko, S.V. Choosing parameters of optimal signals with restriction on correlation coefficient (2017) Lecture Notes in Computer Science (including subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence and Lecture Notes in Bioinformatics), 10531 LNCS, pp. 619-628. doi: 10.1007/978-3-319-67380-6_58
Ovsyannikova, A.S., Zavjalov, S.V., Makarov, S.B., Volvenko, S.V., Quang, T.L. Spectral and energy efficiency of optimal signals with increased duration, providing overcoming “Nyquist Barrier” (2017) Lecture Notes in Computer Science (including subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence and Lecture Notes in Bioinformatics), 10531 LNCS, pp. 607-618. doi: 10.1007/978-3-319-67380-6_57
S. V. Zavjalov, D. K. Fadeev and S. V. Volvenko, "Influence of input power backoff of nonlinear power amplifier on ber performance of optimal SEFDM signals," 2016 8th International Congress on Ultra Modern Telecommunications and Control Systems and Workshops (ICUMT), Lisbon, 2016, pp. 447-450. doi: 10.1109/ICUMT.2016.7765401
S. V. Zavjalov, S. V. Volvenko and S. B. Makarov, "A Method for Increasing the Spectral and Energy Efficiency SEFDM Signals," in IEEE Communications Letters, vol. 20, no. 12, pp. 2382-2385, Dec. 2016. doi: 10.1109/LCOMM.2016.2607742
S. V. Zavjalov, S. B. Makarov and S. V. Volvenko, "Duration of nonorthogonal multifrequency signals in the presence of controlled intersymbol interference," 2015 7th International Congress on Ultra Modern Telecommunications and Control Systems and Workshops (ICUMT), Brno, 2015, pp. 49-52. doi: 10.1109/ICUMT.2015.7382404
Zavjalov, S.V., Makarov, S.B., Volvenko, S.V. Reduction of energy losses under conditions of overcoming “Nyquist barrier” by optimal signal selection (2016) Lecture Notes in Computer Science (including subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence and Lecture Notes in Bioinformatics), 9870 LNCS, pp. 620-627. doi: 10.1007/978-3-319-46301-8_53
Zavjalov, S.V., Makarov, S.B., Volvenko, S.V., De Yuan, S. Possibilities of “Nyquist barrier” breaking by optimal signal selection (2016) Lecture Notes in Computer Science (including subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence and Lecture Notes in Bioinformatics), 9870 LNCS, pp. 612-619. doi: 10.1007/978-3-319-46301-8_52
Волвенко С.В, Макаров С.Б., Завьялов С.В., Хачаянц М.Б. Выбор пороговых отношений сигнал/шум при приеме сигналов в метеорном канале связи с использованием полудуплексного протокола с повторной передачей по запросу // Радиотехника, №12, 2016. – М.: Изд-во «Радиотехника», 2016. – с. 83 – 93.
Макаров С.Б., Завьялов С.В. Оптимизация спектрально-эффективных многочастотных неортогональных сигналов // Радиотехника, №12, 2016. – М.: Изд-во «Радиотехника», 2016. – с. 121 – 133.
Zavjalov, S.V., Makarov, S.B., Volvenko, S.V., Xue, W. Waveform optimization of SEFDM signals with constraints on bandwidth and an out-of-band emission level (2015) Lecture Notes in Computer Science (including subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence and Lecture Notes in Bioinformatics), 9247, pp. 636-646. doi: 10.1007/978-3-319-23126-6_57
Макаров С.Б., Завьялов С.В. Анализ значений величины пик-фактора случайных последовательностей оптимальных спектрально-эффективных многочастотных неортогональных сигналов // Радиотехника, №9, 2015. – М.: Изд-во «Радиотехника», 2015. – с. 59 – 68.
Макаров С.Б., Завьялов С.В. Реализация цифровых модуляторов и демодуляторов спектрально-эффективных неортогональных многочастотных сигналов // Радиотехника, №9, 2015. – М.: Изд-во «Радиотехника», 2015. – с. 4 – 12.
Макаров С.Б., Завьялов С.В. Частотная и энергетическая эффективности неортогональных многочастотных систем передачи сообщений // Радиотехника, №1, 2015. – М.: Изд-во «Радиотехника», 2015. – с. 50 – 59.